Ziele. Unterrichtskonzept. Richtlinienbezug. Fertigung eines einfachen Durchgangsprüfgerätes. "Prüf-Fix" Die Schüler/innen sollen:

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Jens Lukas Ziegler
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1 Fertigung eines einfachen Durchgangsprüfgerätes "Prüf-Fix" Die Schüler/innen sollen: Ziele Unterrichtskonzept Richtlinienbezug die Bauteile LED und Widerstand kennenlernen und ihre Wirkungsweise verstehen, das Zusammenwirken der Bauteile im einfachen Stromkreis verstehen, die erforderlichen Arbeitsschritte zur Fertigung eines einfachen Gerätes dokumentieren und durchführen die Arbeitstechniken Prüfen, Messen und Löten vertiefen In dieser Unterrichtseinheit wird ein einfaches Durchgangsprüfgerät gefertigt. Gesamtschule NRW, Klasse 7/8, Exemplarische Fertigkeiten und Kenntnisse beim Umgang mit Geräten und Werkzeugen erwerben und Produkte planen und herstellen Hauptschule NRW, Produkte planen und herstellen Realschule NRW Rahmenpläne für Arbeitslehre in den neuen Bundesländern Unterrichtsablauf

2 Fachtipps für Lehrer Medien und Material Weiter mit Arbeitsblätter Briefkasten Autor Anregungen, Tipps und Hinweise bitte an: Elisabeth Hein, Maximilian-Kolbe-Schule, Saerbeck Fotos: Andreas Pelster, Maximilian-Kolbe-Schule, Saerbeck

3 Unterrichtsablauf im Überblick Zum Konzept Organisation des Unterrichts Merkmale der Fertigungsaufgabe Anforderungen an die Arbeitsweise der SchülerInnen Kontrollmöglichkeiten Im Unterricht wird geklärt, das die Fehlersuche in Schaltungen und die Prüfung der Funktion von Schaltungen eine wichtige Arbeitstechnik ist. Die SchülerInnen lernen den Unterschied zwischen Prüfen und Messen kennen. Es werden die erforderlichen Arbeitsschritte zur Fertigung des einfachen Gerätes geplant. Mit Hilfe dieser Fertigungsunterlagen stellt jeder Schüler den Durchgangsprüfer her. Das Druchgangsprüfgerät wird dann bei der Prüfung von Lötverbindungen in elektronischen Schaltungen genutzt. Die Planung und Fertigung des Durchgangsprüfers erfordert etwa 2 Doppelstunden. Das Löten der Bauteile erfolgt in Partnerarbeit. Zur Vorbereitung der Fertigung werden die Funktionsweise des Durchgangsprüfers, die erforderlichen Materialien, der Schaltplan und die Arbeitsablaufplanung erarbeitet. Die Schüler stellen dann den Durchgangsprüfer her. Bei der Fertigung nutzen die Schüler/Innen ihre Fertigungsunterlagen. Jede/r SchülerIn fertigt sein Gerät. Das Löten der Bauteile erfolgt in Partnerarbeit. Das Gerät und die Arbeitsweise bei der Fertigung werden bewertet. Unterrichtsablauf im Einzelnen Stationen, Teilaufgaben, usw. 1. Erarbeiten der Fertigungsunterlagen 2. Fertigung des Durchgangsprüfers Tätigkeiten 1. Was soll das Gerät können? 2. Was wird für das Gerät gebraucht? 3. Wie ist das Gerät aufgebaut? 4. Wie geht s Du beim Bau des Gerätes vor, entwickle einen Arbeitsablaufplan! Praktische Arbeit zur Fertigung des Durchgangsprüfers Ausstattung Fertiges Gerät, AB: Fertigung, Materialien für das Gerät, AB: Fertigung, Arbeitsablaufplanung in Bildern,

4 Materialien für das Gerät, Lötarbeitsplatz 3. Bewertung der Arbeit Durchgangsprüfgerät "Prüf-Fix"

5 Tipps und Informationen für Lehrerinnen und Lehrer: Der Bau von elektronischen Schaltungen ist ein wesentlicher Bestandteil des Technikunterrichts. In diesem Zusammenhang müssen die Schüler/innen befähigt werden, den Stromdurchgang in Bauelementen zu prüfen, sowie ihre Schaltungen auf Funktionstüchtigkeit zu kontrollieren. Mit dem einfachen Durchgangsprüfgerät ist das leicht möglich. Der Unterschied zwischen Prüfen und Messen wird im Unterricht geklärt, als Zusammenfassung kann das folgende Tafelbild entstehen: Unterscheidungsmerkmale Prüfen Begriff Prüfen ist das vergleichen eines IST-Zustandes eines Gegenstandes mit einem SOLL-Zustand. Oder Beim Prüfen wird festgestellt, ob eine geforderte Funktion (Qualität) vorhanden ist. Beispiele Geschmackprüfung bei Obst, Funktionsprobe bei Geräten, Geräte Prüf-Fix, Spannungsprüfer Messen Messen ist das vergleichen einer Größe mit der dazu gehörenden Einheit. Oder: Beim Messen wird festgestellt, welche Menge (Quantität) vorhanden ist. z.b. : 9m =9 Meter Längen-, Geschwindigkeits-, Temperaturmessungen, Stromstärke-, Spannungsmessung Lineal, Tachometer, Thermometer, Vielfachmessgerät Der Aufbau des einfachen Stromkreises muss wiederholt werden. Anschließend lernen die Schüler/innen die LED und den Widerstand kennen. Informationen zur LED: Leuchtdioden ( Light Emitting Diode) erzeugen Licht durch Lumineszenz. Lumineszenz tritt auf, wenn die pn - Übergänge von Halbleiterdioden in Durchlassrichtung betrieben werden. Die Ladungsträger senden bei der Rekombination Licht aus. Die Rekombination ist die Vereinigung von positiven und negativen Ladungsträgern. Über den Vorwiderstand R V durchfließt der Durchlass - Strom I F die Diode und erzeugt Licht. Lichtfarbe und Durchlass - Spannung U F werden vom Halbleitermaterial bestimmt. Für die Berechnung des Vorwiderstands gilt: R V = (U - U F ) / I F (s. auch Duden Technik S. 158 und S. 197/8) Wenn die Berechnung des Vorwiderstandes im Unterricht erfolgen soll, dann sind die Zusammenhänge zwischen Spannung und Stromstärke in Schaltungen zu klären.

6 Es gilt: Reihenschaltung: Gesamtspannung ist gleich der Summe der Teilspannungen U = U 1 + U 2. Die Stromstärke ist an allen Stellen gleich groß. Parallelschaltung: Die Spannung aller Verbraucher ist gleich. Der Gesamtstrom ergibt sich aus der Summe der Teilströme I = I 1 + I 2. Der Vorwiderstand errechnet sich dann wie folgt: Betriebsspannung: U B = 9V Zulässige Stromstärke durch eine LED : I LED = 20 ma Spannungsabfall über der LED: U LED = 1,5 V Bei Reihenschaltung gilt für den Spannungsabfall am Vorwiderstand (R V ) : U B = U R + U LED, => U R = U B - U LED = 9V 1,5V =7,5 V Die Stromstärke ist an allen Stellen gleich groß, I LED = 20 ma. U R 7,5V Rv = = = 375Ω Berechnung des Vorwiderstandes R V : I LED 0,02A Wir verwenden einen Vorwiderstand von 390 Ω Vor dem Löten müssen die Schüler/innen in die Arbeit mit dem Lötkolben eingewiesen werden.

7 Medien und Material für die Fertigung des Durchgangsprüfgerätes Prüf-Fix Medien und Material Materialliste (s. Fertigung des Durchgangsprüfgerätes Prüf-Fix ): Zuleitungen, Krokodilklemme, Bananenstecker, Batterie-Clip, Leuchtdiode, Widerstand, Batterie, Dose Fertiges Durchgangsprüfgerätes Prüf-Fix Bezugsquellen Lehrmittelkataloge Eigenbau Lötarbeitsplatz Duden Technik Dudenverlag 1. Auflage 2001, Internet: ; ISBN

8 Fertigung des Durchgangsprüfgerätes "Prüf-Fix" 1. Was soll das Gerät können? Mit diesem Gerät kann man testen, ob ein Stromdurchgang durch eine Leitung oder ein Bauelement möglich ist. Es kann die Leitfähigkeit von Lötverbindungen geprüft werden. 2. Was wird für das Gerät gebraucht? Materialliste: Bauelement/ Bauteile/ Anzahl der Bauelemente Wirkung bzw. Funktion des Bauelements Schaltzeichen Zuleitungen 2 (rot und schwarz je ca. 40cm) Mit den Zuleitungen werden die Anschlüsse nach außen geführt Krokodilklemme 1 Anschluss zum Testen des Stromdurchgangs durch das Prüfobjekt Bananenstecker 1 Anschluss zum Testen des Stromdurchgangs durch das Prüfobjekt Batterie-Clip 1 Anschluss der Zuleitungen an die Batterie Leuchtdiode 1 Signalisiert den Stromdurchgang Widerstand 1 (390 Ohm) Begrenzt den Strom durch die Leuchtdiode Batterie (9 Volt) 1 Spannungsquelle, stellt die Betriebsspannung bereit. 3. Wie ist das Gerät aufgebaut? Schaltplan: Dose 1 Die Dose ist unser Gehäuse, in sie müssen alle Bauteile passen

9 4. Wie geht s Du beim Bau des Gerätes vor, entwickle einen Arbeitsablaufplan! Arbeitsablaufplan: 1. Krokodilklemme und Bananenstecker am abisolierten Ende der Zuleitungen befestigen. 2. Das andere Ende der Zuleitungen in die Dose führen, mit Knoten sichern. 3. Pluspol des Batterie-Clip (rot) an den Widerstand anlöten, den Widerstand an den Pluspol der LED (langer Anschluss) anlöten. Den zweiten Anschluss der LED an eine Zuleitung anlöten. 4. Minuspol des Batterie-Clip (schwarz) an die andere Zuleitung anlöten. 5. Loch für die LED in den Deckel der Dose bohren. Bauelemente so biegen, dass sie gut ein zu bauen sind. 6. Mit dem Batterie-Clip an die Batterie anschließen und in die Dose einbauen. 7. Funktionsprobe durchführen.

10 Arbeitsablauf in Bildern Bereitstellung aller Bauteile Elektrische Bauteile LED und Widerstand Krokodilklemme und Bananenstecker 9V Batterie und Batterieclip Zuleitungen

11 Dose als Gehäuse Zusammenbau der Teile entsprechend dem Arbeitsablaufplan Funktionsprobe nach dem Zusammenbau

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